Zukunftssichere Datenübertragung

M8-Steckverbinder für Ethernet und Profinet

| Autor / Redakteur: Christian Rathgeber [Red.: Kirstin Rinortner] / Andreas Donner

Vom Sensor in die Cloud: M8-Steckverbinder für Ethernet und Profinet ermöglichen eine durchgängige Datenübertragung.
Vom Sensor in die Cloud: M8-Steckverbinder für Ethernet und Profinet ermöglichen eine durchgängige Datenübertragung. (Bild: Phoenix Contact)

D-kodierte Rundsteckverbinder der Baugröße M8 sind eine gute Lösung für die Datenübertragung in Ethernet-Umgebungen. Für die Geräte- und die Feldverkabelung bieten sie verschiedene Vorteile.

Die vierte industrieelektronische Revolution ist in vollem Gang – ihr Tempo beschleunigt sich tagtäglich. Auf den wachsenden Datenbedarf müssen Hersteller von Automatisierungstechnik reagieren – und stets neue, leistungsfähige Lösungen für die durchgängige Echtzeit-Datenübertragung zwischen Unternehmens-, Leit- und Feldebene anbieten. Kompakte M8-Steckverbinder bieten hier interessante Optionen.

Phoenix Contact bringt daher die 4-polige D-Codierung im Format der platzsparenden M8-Geräteeinbaustecker auf den Markt. Dieses Produkt ergänzt das Reflow-Produktprogramm und bietet somit zukunftsorientierte und einheitliche Lösungen für die kompakte Datenübertragung.

Mit der zunehmenden Automatisierung von Produktionsanlagen, Gebäuden oder Infrastruktureinrichtungen wird die klassische Automatisierungspyramide auf den Kopf gestellt. Mehr und mehr „intelligente“ Geräte verarbeiten und übertragen Signale und Daten direkt im Feld. Gleichzeitig werden diese Geräte – etwa Industrie-PCs, I/Os oder Sensoren und Aktoren - immer leistungsfähiger und kompakter.

Damit steigen wiederum die Anforderungen an die verbauten Schnittstellen. Geräte- und Kabelsteckverbinder müssen in kompakte Gerätefronten und Schaltschränke passen und gleichzeitig eine Vielzahl von Signalen, hohe Datenraten und auch Leistungen übertragen. Sie müssen zudem effizient in den Produktionsprozess integriert werden können - um hohe Gerätestückzahlen und damit Skaleneffekte zu ermöglichen – und gleichzeitig ein hohes Maß an Robustheit und Flexibilität bieten. Das klingt nach der eierlegenden Wollmilchsau? Der M8-Standard bietet schon heute viele dieser Eigenschaften.

Alles ist eine Frage der Kodierung

Dank seines standardisierten metrischen Gewindes, seiner kompakten Bauform und seines industrietauglichen und robusten Designs hat sich der M8-Rundsteckverbinder in vielen Bereichen der industriellen Verkabelung bereits etabliert. Mit der Verbreitung des Industrial Ethernet erobert dieser Rundsteckverbinder aber zunehmend neue Einsatzgebiete in der dezentralen Datenübertragung. Mittlerweile kommunizieren schließlich nicht nur übergreifende Elemente wie beispielsweise Steuerungen und Fertigungsleitrechner über Protokolle wie Ethernet/IP oder Profinet miteinander, sondern auch Sensoren und Aktoren in der untersten Feldebene.

Für diese kompakten Anwendungen eignet sich der M8-Standard sehr gut. Allerdings setzt die Kontaktanordnung des A-kodierten Steckgesichts der Anwendung im Feldeinsatz Grenzen. Dank der asymmetrischen Anordnung der vier Kontakte ist das Steckgesicht zwar gegen Fehlstecken geschützt, allerdings beeinflussen sich die elektromagnetischen Felder der näher aneinander liegenden Kontakte auch stärker. Die Folge: stärkeres Nahnebensprechen (Near End Cross Talk, NEXT).

In der Praxis erlauben die A-kodierten M8-Steckverbinder für Ethernet und Profinet so zwar Bandbreiten von bis zu 100 MBit/s. Die Anforderungen der Übertragungskategorie CAT.-5/Class D erreichen sie jedoch nicht, da die Verbindung unter Umständen nicht über ausreichende Reserven verfügt, um zusätzliche Einflüsse – beispielsweise durch große Leitungslängen, EMV-Störungen oder sonstige Einkopplungen - zu kompensieren. So kann die Bandbreite unter stabile 100 MBit/s sinken, sodass Datenpakete verloren gehen und erneut gesendet werden müssen. Die Verbindung wird also unzuverlässig.

Bild 1: Die symmetrische Kontaktanordnung erlaubt stabile Bandbreiten von bis zu 100 Mbit/s
Bild 1: Die symmetrische Kontaktanordnung erlaubt stabile Bandbreiten von bis zu 100 Mbit/s (Bild: Phoenix contact)

Speziell zur Datenübertragung in Ethernet/IP- und Profinet-Umgebungen bietet Phoenix Contact daher D-kodierte M8-Steckverbinder. Die genormte, symmetrische Anordnung der vier Kontakte erlaubt ebenfalls Übertragungsraten von bis zu 100 MBit/s gemäß IEEE 802.3. Sie erfüllt aber auch zusätzlich die Anforderungen nach CAT.-5 (Bild 1).

Die gegenüberliegenden Kontakte bilden jeweils Paare, an die entweder zwei gegenüberliegende Adern einer Sternviererleitung oder Adernpaare einer Twisted-Pair-Leitung angeschlossen werden. Da sich die elektromagnetischen Felder durch die symmetrische Kontaktanordnung gegenseitig aufheben, werden Datenverluste durch Nahnebensprechen vermieden.

Damit eignet sich das Steckgesicht ideal für die sichere Datenübertragung in anspruchsvollen Umgebungen wie beispielsweise Schweißzellen.

Effiziente Prozessintegration für viele Anwendungen

Neben der Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Datenübertragung rückt für Gerätehersteller der eigene Produktionsprozess zunehmend in den Fokus. Weltweite Märkte und die hohe Varianz an Anwendungsgebieten erfordern Gerätedesigns, die kosteneffizient umgesetzt und bei Bedarf einfach angepasst werden können.

Als dem zentralen Bauteil jedes industrieelektronischen Geräts kommt der Leiterplatte und deren Komponenten eine hohe Bedeutung zu. Um die Fertigungszeit zu reduzieren, höhere Stückzahlen zu ermöglichen und somit die Stückkosten zu senken, setzen Hersteller auf teil- oder vollautomatisierte Bestückungsprozesse.

Bild 2: Zweiteilige Gerätesteckverbinder bieten vielfältige Optionen für die effiziente Integration in den SMT-/THR-Prozess.
Bild 2: Zweiteilige Gerätesteckverbinder bieten vielfältige Optionen für die effiziente Integration in den SMT-/THR-Prozess. (Bild: Phoenix contact)

Der Steckverbinderhersteller liefert daher alle Gerätesteckverbinder für die SMT- beziehungsweise THR-Montage in Tape-on-Reel-Verpackung. Die gültige Norm DIN EN 60286-3 sorgt dafür, dass die zweiteiligen Steckverbinder in die Feeder aller gängigen Bestückungsautomaten eingelegt, unterbrechungsfrei zugeführt und von Nozzles oder Greifern aufgenommen und auf der Leiterplatte platziert werden können (Bild 2).

Die SMD-Bauweise kennt einen großen Vorteil: Die einseitig bestückten Steckverbinder benötigen weniger Bauraum auf der Leiterplatte und erlauben daher eine höhere Packungsdichte als konventionelle Bauteile für das Wellenlöten. Mit einer Koplanarität von unter 0,1 mm zwischen Ankerblechen und Kontakten kontaktieren die SMD-Ausführungen dennoch sicher und zuverlässig.

Die D-kodierten M8-Steckverbinder sind zudem Design-kompatibel zu den bereits etablierten zweiteiligen Rundsteckverbindern der Baugrößen M8 und M12. Elektronikzulieferer und Gerätehersteller können so sämtliche M8- und M12- Kodierungen auf einer identischen Leiterplatten- und Gehäuseebene verbauen. Selbst für unterschiedliche Anwendungsgebiete wie die Leistungsübertragung via M12 und die Datenübertragung via M8 bleibt das Leiterplatten- und Gerätedesign somit gleich. Das fertige Gerät kann also ohne Anpassung für unterschiedliche Märkte und Anwendungen entwickelt werden, aufwendig individualisierte Gehäusekonturen sind nicht notwendig.

Ein weiterer Vorteil der zweiteiligen Bauform: Leiterplatte und Gehäuse können an verschiedenen Orten gefertigt und erst später bei der Endmontage miteinander verheiratet werden. Dies erlaubt höhere Flexibilität bei der Auswahl der Elektronikzulieferer beziehungsweise bei lokal, regional und international verteilten Produktionsstandorten.

Bild 3: Vorkonfektionierte oder Kabel mit freiem Leitungsende erlauben durchgängige Verkabelungslösungen.
Bild 3: Vorkonfektionierte oder Kabel mit freiem Leitungsende erlauben durchgängige Verkabelungslösungen. (Bild: Phoenix Contact)

M8-Steckverbinder mit voller Flexibilität beim Einbau

Angeboten werden unterschiedliche Einbauformen für die Vorder- oder Hinterwandmontage. Selbst eine Einpressvariante oder die Direktintegration in das Kundengehäuse sind möglich. Dank dieser Vielzahl an Optionen können selbst unterschiedliche Leiterplattenausführungen in ein und dasselbe Gehäuse verbaut werden. Der Anwender spart nicht nur Entwicklungszeit, sondern auch Werkzeug- und Lagerkosten.

Um den sicheren Betrieb auch unter harten Bedingungen zu ermöglichen, sind die neuen M8-Steckverbinder in Schutzart IP67 (nach IEC 61076-2-114) ausgeführt. Physikalische Umgebungseinflüsse wie Schmutz, Staub oder Wasser beeinträchtigen die Echtzeitdatenübertragung zwischen Kabel- und Gerätesteckverbinder daher nicht.

Neben den zweiteiligen Gerätesteckverbindern umfasst das Produktprogramm auch die passenden Kabelsteckverbinder in D-Kodierung. Ob mit offenem Leitungsende, doppelseitigem M8-Steckverbinder oder in Kombination mit einem RJ45-Stecker - Phoenix Contact bietet standardisierte oder kundenindividuelle Lösungen für unterschiedlichen Kabellängen (Bild 3).

Fazit

D-kodierte Rundsteckverbinder der Baugröße M8 sind eine gute Lösung für die kompakte, zukunftsweisende Datenübertragung in Ethernet-Umgebungen. Die symmetrische Kontaktanordnung des Steckgesichts verhindert Leistungseinbußen und erlaubt die stabile Echtzeitdatenübertragung mit einer Bandbreite von bis zu 100 MBit/s. Die zweiteiligen Gerätesteckverbinder eignen sich für vollautomatisierte SMT- und THR-Prozesse und bieten verschiedene Optionen für die Vorder- und Hinterwandmontage.

Christian Rathgeber.
Christian Rathgeber. (Bild: Phoenix Contact)

Gerätehersteller und Elektronikzulieferer können die Steckverbinder damit effizient in ihre eigene Produktion integrieren und einheitliche Leiterplatten- und Gerätedesigns für unterschiedliche Anwendungsgebiete und Märkte entwickeln. Dank ihres standardisierten Steckgesichts fügen sich die Steckverbinder nicht nur optimal in das breite Rundsteckverbinder-Programm von Phoenix Contact ein. Auch die Kombination unterschiedlicher Anbieter für die Geräte- und die Feldverkabelung ist problemlos möglich. Das ist Symmetrie, die (be)sticht.

Über den Autor

Christian Rathgeber arbeitet als Produktmanager bei Phoenix Contact Connector Technology in Herrenberg.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Elektronikpraxis.

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